煤矸石混凝土抗氯離子研究范文

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《非金屬礦雜志》2016年第二期

摘要

為了解煤矸石混凝土抗氯離子滲透性能，以自燃煤矸石為粗、細(xì)集料，42.5普通硅酸鹽水泥為膠凝材料并摻入粉煤灰，制備煤矸石混凝土試件，進(jìn)行抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)，研究了水膠比、粉煤灰摻量以及抗壓強(qiáng)度對(duì)煤矸石混凝土抗氯離子滲透性能的影響。結(jié)果表明：非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子滲透深度隨水膠比增加而加深，呈正相關(guān)，氯離子滲透深度增長(zhǎng)速度在水膠比0.42~0.48時(shí)較快，在水膠比0.48~0.56時(shí)緩慢；氯離子遷移系數(shù)與水膠比呈正相關(guān)，與粉煤灰摻量呈負(fù)相關(guān)；氯離子遷移系數(shù)隨抗壓強(qiáng)度增大而減小，呈負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)顯著性強(qiáng)弱表現(xiàn)為粉煤灰摻量0%<粉煤灰摻量20%<粉煤灰摻量40%。摻入粉煤灰可以改善煤矸石混凝土耐久性能。

關(guān)鍵詞

煤矸石混凝土；粉煤灰摻量；抗氯離子滲透；水膠比

煤矸石是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，堆存后占用大量農(nóng)田，并且污染地下水和空氣，因此如何利用煤矸石成為亟待考慮的問題[1-2]。煤矸石綜合利用的主要途徑有生產(chǎn)煤矸石磚、路基填筑和制備煤矸石混凝土等[3-4]，雖然利用煤矸石制備煤矸石混凝土存在許多亟待解決的問題，但煤矸石部分、甚至全部替代碎石制備煤矸石輕骨料混凝土作為大宗建筑材料是必然趨勢(shì)[5]。大規(guī)模利用煤矸石混凝土的主要障礙是其耐久性尚缺乏深入研究，如抗氯離子滲透性能[6]。抗氯離子滲透性能是評(píng)價(jià)建筑結(jié)構(gòu)鋼筋抵抗銹蝕能力的主要指標(biāo)之一，而煤矸石混凝土由于其自身結(jié)構(gòu)存在的天然缺陷，強(qiáng)度和耐久性較普通混凝土低，對(duì)其在建筑結(jié)構(gòu)中的推廣使用造成了較大影響[7]。因此，提高煤矸石混凝土抗氯離子滲透性能已成為煤矸石混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中推廣使用的重要課題之一。本實(shí)驗(yàn)以自燃煤矸石為集料，42.5普通硅酸鹽水泥為膠凝材料并摻入粉煤灰，制備煤矸石混凝土試件，進(jìn)行抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)，研究了抗氯離子滲透性能與水膠比、粉煤灰摻量以及抗壓強(qiáng)度關(guān)系。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料水泥，阜新大鷹水泥廠產(chǎn)42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥；實(shí)驗(yàn)用水為普通自來(lái)水；減水劑，上海耀前建筑涂裝有限公司產(chǎn)SH-II高效高能無(wú)氯減水劑（萘系高效減水劑），可減水15%~25%；煤矸石集料取自阜新艾友礦矸石山；粉煤灰為阜新大唐發(fā)電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。水泥和粉煤灰物理力學(xué)指標(biāo)見表1，物理性能指標(biāo)見表2，粉煤灰和煤矸石化學(xué)成分見表3，自燃煤矸石粗、細(xì)集料顆粒級(jí)配見圖1。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程本次抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)參考GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]和JGJ/T193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[9]進(jìn)行，試件采用直徑100mm、高度50mm的圓柱體，煤矸石骨料最大公稱粒徑20mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，然后進(jìn)行抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)。煤矸石混凝土配合比情況，見表4。

2結(jié)果與討論

2.1氯離子滲透深度分析抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)得到煤矸石混凝土氯離子滲透深度和遷移系數(shù)，見表5。依據(jù)表5所示數(shù)據(jù)，繪制非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子滲透深度曲線，結(jié)果見圖2。由圖2a可看出，非穩(wěn)態(tài)條件下氯離子滲透深度隨水膠比增加而增大，呈正相關(guān)；氯離子滲透深度增長(zhǎng)速度在水膠比0.42~0.48時(shí)較快，在水膠比0.48~0.56時(shí)緩慢。未摻粉煤灰混凝土滲透深度曲線位于摻入粉煤灰混凝土上方，表明未摻粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯離子滲透能力較弱，鋼筋容易發(fā)生銹蝕，建筑結(jié)構(gòu)耐久性較差；摻入粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯離子滲透能力較強(qiáng)，可以有效延緩鋼筋銹蝕過(guò)程，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)耐久性。由圖2b可看出，非穩(wěn)態(tài)條件下氯離子滲透深度隨粉煤灰摻量增加而減小，呈負(fù)相關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明摻入粉煤灰可以提高煤矸石混凝土抗氯離子滲透能力。

2.2氯離子遷移系數(shù)分析抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)得到的非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)變化規(guī)律，見圖3。由圖3a可看出，非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)隨水膠比增加而變大，呈正相關(guān)。當(dāng)未摻加粉煤灰時(shí)，水膠比為0.42~0.56，氯離子遷移系數(shù)分別為6.9、8.5和9.3（單位10-12m2/s，下同），遷移系數(shù)分別增長(zhǎng)了23.2%和9.4%；當(dāng)摻加20%粉煤灰時(shí)，水膠比為0.42~0.56，氯離子遷移系數(shù)分別為6.4、7.7和8.2，遷移系數(shù)分別增長(zhǎng)20.0%和6.5%；當(dāng)摻加40%粉煤灰時(shí)，水膠比為0.42~0.56，氯離子遷移系數(shù)分別為5.3、7.4和8.0，遷移系數(shù)分別增長(zhǎng)39.6%和8.1%。可以看出，雖然氯離子遷移系數(shù)隨水膠比增加而增大，但增長(zhǎng)速度在降低。由圖3b可看出，非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)隨粉煤灰摻量增加而減小，呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)水膠比為0.42，粉煤灰摻量為0、20%和40%時(shí)，氯離子遷移系數(shù)分別降低7.3%和17.2%；當(dāng)水膠比為0.48，粉煤灰摻量為0、20%和40%時(shí)，氯離子遷移系數(shù)分別降低9.4%和3.9%；當(dāng)水膠比為0.56，粉煤灰摻量為0、20%和40%時(shí)，氯離子遷移系數(shù)分別降低11.8%和2.4%。實(shí)驗(yàn)表明在煤矸石混凝土中摻入一定量粉煤灰對(duì)抗氯離子滲透起到有益作用。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，為了提高煤矸石混凝土抗氯離子滲透能力，應(yīng)采用較小的水膠比并摻入一定量粉煤灰。

2.3氯離子遷移系數(shù)與抗壓強(qiáng)度關(guān)系非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)DRCM與抗壓強(qiáng)度關(guān)系，見圖4。由圖4可看出，粉煤灰摻量一定時(shí)，非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)隨抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)而減小，呈負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)顯著性強(qiáng)弱表現(xiàn)為粉煤灰摻量0<粉煤灰摻量20%<粉煤灰摻量40%。未摻粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度普遍較高，氯離子遷移系數(shù)也較大，抵抗氯離子滲透能力較弱，鋼筋容易銹蝕，耐久性較差；摻入粉煤灰混凝土強(qiáng)度有所降低，但耐久性較好。

3結(jié)論

3.1.非穩(wěn)態(tài)條件下氯離子滲透深度隨水膠比增加而加深，呈正相關(guān)，氯離子滲透深度增長(zhǎng)速度在水膠比為0.42~0.48時(shí)較快，在水膠比為0.48~0.56時(shí)緩慢；

3.2.非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)與水膠比呈正相關(guān)，與粉煤灰摻量呈負(fù)相關(guān)；

3.3.非穩(wěn)態(tài)條件下煤矸石混凝土氯離子遷移系數(shù)隨抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)而減小，呈負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)顯著性強(qiáng)弱表現(xiàn)為粉煤灰摻量0<粉煤灰摻量20%<粉煤灰摻量40%。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李永靖，張旭，閆宣澎，等.測(cè)定煤矸石骨料混凝土性能的試驗(yàn)分析[J].非金屬礦，2013，36(3)：43-45.

[3]宋洋，趙禹，祝百茹.煤矸石輕集料混凝土性能試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2014，37(1)：28-30.

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[6]趙鐵軍，朱金銓，馮乃謙.高性能混凝土的強(qiáng)度與滲透性的關(guān)系[J].工業(yè)建筑，1997，27(5)：14-23.

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[8]GB/T50082-2009普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9]JGJ/T193-2009混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

作者：李永靖 邢洋 單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué) 土木與交通學(xué)院